Qu'est-ce qu'un photomètre ?
Un photomètre est un appareil de mesure optique qui mesure l'
intensité de la lumière avant et après son interaction avec
un échantillon. À partir de la variation du signal lumineux,
il est possible, par exemple, de déterminer les concentrations, la teneur en eau,
les valeurs chromatiques, l'épaisseur des couches ou les composants d'un
mélange de substances.
Quelle est la différence entre un
photomètre à transmission et un photomètre à réflexion ?
Dans un photomètre à transmission, la lumière traverse l'
échantillon. Le détecteur est situé derrière l'échantillon et
mesure la lumière transmise. Dans un
photomètre à réflexion, la lumière frappe une surface.
Le détecteur mesure la lumière réfléchie par l'échantillon.
Sur quelle loi repose la photométrie ?
La loi de Lambert-Beer constitue
un principe fondamental de la photométrie quantitative d'absorption et
de transmission. Elle décrit la relation
entre l'absorbance, la concentration de la substance et l'épaisseur optique
de la couche :
A = ε · c · d.
La loi de Lambert-Beer s'applique-t-elle également aux
photomètres à réflexion ?
Pas exactement de la même manière. Dans le cas de matériaux solides, granuleux ou
en vrac, la propagation de la lumière est plus complexe.
La relation entre le signal de réflexion et la valeur mesurée
est donc généralement déterminée par des mesures d'essai et une
courbe d'étalonnage spécifique à l'application.
Quelles grandeurs peut-on mesurer à l'aide d'un photomètre ?
En fonction des méthodes de mesure et de l'étalonnage, il est possible de
déterminer les concentrations de substances, la teneur en eau et en humidité,
l'intensité des couleurs, les changements de couleur, le degré de blancheur,
l'épaisseur des revêtements, l'épaisseur des films et la proportion de chaque
composant dans les mélanges de substances.
Dans quelles plages de concentration les mesures sont-elles possibles ?
En fonction de l'application, du milieu à mesurer, de la longueur d'onde et
de l'épaisseur de la couche, il est possible d'effectuer des mesures à l'échelle des ppm, des vpm et
des pourcentages. La plage de mesure exacte doit être définie et étalonnée en fonction
de l'application concernée.
Quelles sont les longueurs d'onde utilisées par un photomètre à transmission ?
Selon le modèle, les photomètres à transmission peuvent
couvrir une plage allant d'environ 200 à 4 700 nm :
l'ultraviolet de 200 à 400 nm, la lumière visible de
400 à 700 nm, l'infrarouge proche de 700 à 2 500 nm et
l'infrarouge de 2 500 à 4 700 nm.
Quelles sont les longueurs d'onde utilisées par un photomètre à réflexion ?
Les photomètres à réflexion fonctionnent généralement dans une
plage comprise entre environ 400 et 4 700 nm. Celle-ci englobe le
spectre visible, le proche infrarouge et le
spectre infrarouge.
Pourquoi utilise-t-on différentes longueurs d'onde ?
Les différentes substances absorbent ou réfléchissent
la lumière à différentes longueurs d'onde. Pour une
tâche de mesure donnée, on choisit donc une longueur d'onde
à laquelle le composant recherché provoque une
modification optique aussi nette que possible.
Qu'est-ce qu'une longueur d'onde de mesure ?
La longueur d'onde de mesure est la longueur d'onde à laquelle le
composant à déterminer présente une absorption maximale ou
modifie particulièrement nettement son comportement de réflexion.
Qu'est-ce qu'une longueur d'onde de référence ?
La longueur d'onde de référence est choisie de manière à ce que la
composante recherchée y soit absorbée ou
réfléchie le moins possible. Le rapport entre le signal de mesure et
le signal de référence améliore la stabilité de la mesure.
Quelle est la fonction de la roue à filtres dans le photomètre ?
La roue à filtres est généralement équipée d'au moins deux
filtres interférentiels. Sa rotation
permet de sélectionner alternativement la longueur d'onde de mesure et la
longueur d'onde de référence dans le faisceau lumineux.
Quels sont les avantages de la méthode à deux longueurs d'onde ?
Les facteurs ayant un effet similaire sur la longueur d'onde de mesure et
de référence peuvent être partiellement
compensés. Il s'agit par exemple du
vieillissement de la source lumineuse et du détecteur, de l'encrassement normal
de la cuvette ainsi que de certaines
interférences lumineuses externes.
Pourquoi faut-il étalonner un photomètre ?
Les différents milieux de mesure présentent des
courbes spectrales et des propriétés optiques différentes. Ce n’est qu’à l’aide
d’échantillons de référence dont les valeurs de mesure sont connues que l’on peut
déterminer la relation entre le signal optique et la teneur en
substance recherchée.
Comment étalonner un photomètre ?
On commence par sélectionner des longueurs d'onde de mesure et de référence
appropriées. On mesure ensuite des échantillons dont
les concentrations, les taux d'humidité ou
les propriétés des matériaux sont connus. À partir de ces données, on établit une
courbe d'étalonnage ou un algorithme d'analyse.
Quels sont les facteurs qui déterminent la plage de mesure possible ?
Lors d'une mesure de transmission, ce sont notamment l'
épaisseur de la couche dans la cuvette, l'absorption lumineuse et les
longueurs d'onde choisies qui sont importantes. Lors d'une
mesure de réflexion, ce sont les propriétés de réflexion, la
structure de surface, la couleur, l'homogénéité et la
composition du matériau qui jouent un rôle.
Que se passe-t-il lorsque le détecteur reçoit trop peu de lumière ?
Si le coefficient de transmission ou de réflexion
est inférieur à une certaine valeur minimale, le
rendement lumineux utile est trop faible. Cela entraîne une dégradation du
rapport signal/bruit et peut compliquer la réalisation d'une mesure
fiable.
À quelles applications les
photomètres à transmission sont-ils adaptés ?
Les applications typiques comprennent la détermination de certains
composants dans les liquides et les gaz, la mesure de la
teneur en eau, le contrôle de la coloration et
des changements de couleur, ainsi que la détection de
résidus de substances organiques dans le domaine de l'ultraviolet.
À quelles applications les
photomètres à réflexion sont-ils adaptés ?
Les photomètres à réflexion sont souvent utilisés pour mesurer la teneur en humidité des
poudres, granulés et fibres. Parmi les autres
applications, on peut citer la mesure de l'épaisseur des films,
des revêtements, de la proportion des composants, de l'intensité des couleurs et
du degré de blancheur.
Quels matériaux peuvent être analysés à l'aide de photomètres à réflexion
?
Il s'agit notamment des minéraux, des matériaux de construction, des masses céramiques,
des produits chimiques, des poudres, des granulés, des feuilles, des films,
des denrées alimentaires, des aliments pour animaux, des gâteaux de filtration, des fibres,
des textiles et du papier.
Comment mesurer l'eau ou l'humidité par des méthodes photométriques
?
L'eau présente des bandes d'absorption caractéristiques dans la
région du proche infrarouge. Si la teneur en eau varie,
le signal de transmission ou de
réflexion varie également. Grâce à un étalonnage, il est alors possible de
calculer la teneur en eau ou le taux d'humidité.
Quelle est la signification de la bande d'eau à 1940 nm ?
Une bande d'eau importante se situe à environ 1 940 nm. Le
signal optique y est particulièrement sensible aux
variations de la teneur en eau. Cette longueur d'onde peut donc
convenir à la mesure de teneurs en humidité relativement faibles
.
Quelle est la signification de la bande d'eau à 1 450 nm ?
La bande d'eau à environ 1 450 nm est plus faible que celle
à 1 940 nm. Elle peut donc convenir à des applications présentant
des teneurs en eau moyennes.
Peut-on également mesurer des gaz à l'aide d'un photomètre à transmission
?
Oui. Les gaz ayant une densité inférieure à celle des liquides,
des longueurs de couche optique plus importantes sont souvent
nécessaires. La valeur mesurée peut en outre dépendre de la pression et
de la température.
Pourquoi les compensations de pression et de température sont-elles importantes ?
Dans le cas des mesures de gaz notamment, la pression et la température
modifient la densité et, par conséquent, le signal optique de mesure. Si ces
paramètres ne sont pas maintenus constants, les valeurs correspondantes
des capteurs peuvent être utilisées à des fins de compensation.
Quelle est la vitesse de fonctionnement d'un photomètre industriel ?
Les mesures ponctuelles peuvent être effectuées en quelques secondes
. Dans le cas de mesures continues
de processus, les mises à jour sont possibles en
fractions de seconde.
Les photomètres peuvent-ils être utilisés en laboratoire et dans le processus de production
?
Oui. Les photomètres conviennent aux analyses en laboratoire,
aux prélèvements aléatoires et aux séries de mesures, ainsi qu’à la
surveillance en continu des
processus de production automatisés.
De quels composants se compose un
système de photométrie industrielle ?
Un système type se compose d'une tête de mesure, d'un
appareil d'analyse et de câbles de raccordement. Selon l'application,
on y ajoute des cuvettes, des guides de lumière, des sondes de température,
des capteurs de pression, des systèmes de refroidissement, des étalons d'étalonnage ou
des systèmes de purge d'air.
Quelle est la fonction de l'appareil d'analyse ?
L'appareil d'analyse traite les signaux émis par la tête de mesure,
calcule la valeur mesurée et peut prendre en compte des signaux supplémentaires tels que la pression
ou la température. Les valeurs mesurées peuvent
être affichées, enregistrées ou transmises à un système de commande
.
Les photomètres peuvent-ils être connectés
à un système de contrôle de processus ?
Oui. Selon le modèle de l'appareil, il est possible d'utiliser des
sorties de mesure analogiques, des entrées et sorties numériques,
des sorties relais, des interfaces USB, Ethernet ou des
interfaces de communication industrielles.
Quels sont les avantages d'une
sonde de mesure à transmission ouverte ?
Dans une configuration ouverte, la cuvette est placée librement
entre la source lumineuse et le récepteur. En cas de fuite,
les liquides ou les gaz ne peuvent donc pas pénétrer facilement
dans le boîtier de l'appareil. De plus, la
cuvette reste facilement accessible.
Existe-t-il des photomètres adaptés aux atmosphères explosibles
?
Pour certaines applications, des modèles antidéflagrants
sont disponibles. Selon le
modèle d'appareil, il existe des variantes adaptées aux zones Ex 1 et 2 ainsi que
différents concepts de protection ATEX.
Pourquoi est-il judicieux de procéder à des mesures d'essai avant de choisir un appareil ?
Les mesures d'essai permettent de vérifier si le composant souhaité, à
une longueur d'onde appropriée, provoque une
variation suffisamment importante du signal optique. Elles aident à
définir la plage de mesure, les longueurs d'onde, l'épaisseur de la couche,
le type de tête de mesure et l'étalonnage.
